京津冀奶牛养殖资源、环境与经济协同发展评价研究

祝丽云，李 彤，赵慧峰，张晓忠

（河北农业大学经济管理学院，河北保定 071000）

位于我国华北地区的京津冀是仅次于内蒙古与东北产区的黄金奶源带之一，对我国奶业快速发展起着至关重要的作用。京津冀三地奶业发展各有特点，京津奶业在科技创新、成果转化和消费市场上具有优势，但水资源、土地资源日益匮乏，环境污染问题严重。河北省奶业生产基础条件优越、有地域优势，但技术创新能力相对较弱、养殖成本高。2018 年6 月颁布的《国务院办公厅关于推进奶业振兴保障乳品质量安全的意见》确立了高质量、绿色、可持续发展的指导思想，以及奶业生产与生态协同发展原则。要保障京津冀奶牛养殖可持续发展，其关键是实现奶牛养殖资源、环境和经济系统之间的相互适应、协作、配合和促进，在同步与良性循环基础上实现由低级到高级、由无序到有序的总体演化。因此，提升京津冀地区奶牛养殖资源、环境和经济协同发展程度，投入较少的资源消耗获得较大的经济发展和较少的环境污染代价，对提高京津冀奶业可持续发展能力、实现三地奶业振兴有着极为重要的应用价值和现实意义。

综合来看，既有文献在协同发展和奶业发展研究方面已经取得了不少成果，为本研究提供了很好的理论研究框架，但仍有不少方面值得改进：其一，从资源、环境和经济3 个维度进行协同度评价的研究主要聚焦在区域视角，较少涉及到产业层面，尤其是奶业领域；其二，现有的乳业产业系统协调度评价研究主要是从经济维度衡量产业链不同环节子系统之间的协同水平，较少涉及资源和环境维度；其三，对资源、环境和经济协同状态进行影响因素分析的研究尚且较少。鉴于此，本文将资源作为系统输入，经济增长和环境污染作为系统输出，构建同时包含资源、环境和经济维度的效率评价指标体系，以基于非期望SBM-DEA 模型所测算的绿色技术效率的变化趋势为研究视角，来衡量京津冀奶牛养殖资源、环境、经济的协调发展程度，并分析影响其协调发展的主要因素，提出相应的可行性建议。

1 京津冀奶牛养殖资源和环境约束现状

1.1 饲草料资源约束 优质饲草料是保障奶牛养殖可持续发展的物质资料基础。据研究，奶牛日粮中饲喂一定量的青贮玉米，可使年平均单产与无青贮玉米日粮相比提高1 000 kg 以上。由于京津地区的耕地资源不足，青贮玉米种植面积以及达到国标二级以上苜蓿优质商品草的产量远不能满足奶牛养殖的需求，导致每年冬季需从东北、西北地区调进大量优质牧草，增加了饲养成本。如图1 所示，2015—2018 年期间，除北京外，津冀两地每头牛的饲料成本总体上呈现上升趋势，且京津两地奶牛养殖饲料成本均高于全国平均水平。

图1 2015—2018 年京津冀地区奶牛养殖饲料成本变化

1.2 水资源约束 奶牛养殖过程中每生产1 kg 的牛奶，就需要饮用3.5～5 kg 的纯净水，且水资源时空分布决定了奶牛养殖的整体布局，区域水资源总量及可利用率决定了当地的养殖规模。2018 年北京市水资源总量为35.5 亿m3，人均水资源占有量为164.2 m3。天津市水资源总量为17.6 亿m3，人均水资源占有量为112.9 m3。河北省水资源总量为164.1 亿m3，人均及亩均水资源量分别为217.7 m3和167.7 m3。而拥有黑龙江、松花江、乌苏里江三大水系的黑龙江省水资源总量为1 011.4 亿m3，人均水资源量为2 675.1 m3。如图2 所示，2015—2018年期间京津冀三地奶牛养殖每头牛所消耗的水资源成本均值分别为13.22、37.17、23.76 元，虽都小于全国平均水平，但呈现逐年上升趋势。而河流众多、水资源丰富的黑龙江省2015—2018 年期间每头奶牛平均水费为21.02 元。

图2 2015—2018 年京津冀地区奶牛养殖水资源成本比较

1.3 土地资源约束 土地资源禀赋决定了奶业生产的资源环境条件。河北省地表总面积18.77 万km2，其中山地和丘陵面积最大，占全省总面积的42.2%，平原面积仅占35.5%，耕地面积为6 51.89 万hm2，京津地表总面积分别为1.68 万km2和1.13 万km2，耕地面积分别为23.17 万hm2和43.68 万hm2。2015—2018 年期间，京津冀平均每头牛的土地成本低于全国平均水平，但整体上呈现出上升趋势，年均值分别为34.38、33.67、33.68 元（图3），而地广人稀的奶业大省黑龙江仅为19.31 元，土地资源更加紧张的河南省为45.62 元。由此可见，稀缺的土地资源影响着奶牛养殖的土地成本，是京津奶业发展的一大障碍。

图3 2015—2018 年京津冀地区奶牛养殖土地资源成本比较

1.4 环境保护规制约束 2014—2020 年期间，国家相继出台一系列法律法规、政策、标准和条例，从畜禽养殖场的选址、畜禽粪便、尸体和污水处理、兽药、饲料添加剂的生产和使用等方面对畜禽养殖提出明确的环境规制效率，如《畜禽规模养殖污染防治条例》、《中华人民共和国环境保护法》、《水污染防治行动计划》、《土壤污染防治行动计划》、《中华人民共和国环境保护税法》、《畜禽粪污资源化利用行动方案2017-2020 年》、《河北省严厉打击畜禽养殖粪污乱排乱放专项执法行动方案》以及《深入推进畜禽粪污还田利用和养殖污染监管》。在日益严峻的环境规制下，2015—2018 年期间京津冀奶牛养殖排放的化学需氧量虽然呈现出下降的趋势，但河北省奶牛养殖的化学需氧量排放量仍远远高于全国平均水平（图4）。奶牛养殖所面临的环境规制约束日益趋紧，环保成本较高已成为京津冀奶业面临的最大压力。

图4 2015—2018 年京津冀地区奶牛养殖化学需氧量比较

2 模型、变量选取与数据来源

2.1 非期望SBM-DEA 模型 Tone[19-20]为解决决策单元中出现的非期望产出问题，提出了能同时计算投入、期望产出和非期望产出松弛变量的非期望SBM-DEA 模型，表示如下：

该模型假设有n 个决策单元，每一决策单元利用m 个投入变量生产s1种期望产出和s2种非期望产出。该3 种变量分别用X、Yg和Yb矩阵表示，矢量、、分别代表过量的投入和非期望产出，以及期望产出的短缺。λ表示权重矢量，ρ*是目标函数值。当=0，=0，=0 时，ρ*=1 被评价的决策单元是有效的。

2.2 变量选取 本文选取的资源、环境和经济类指标分别为投入、非期望产出和期望产出。其中投入指标主要选取奶牛存栏量、饲料资源、土地资源、水资源的消耗成本4 类。精饲料和粗饲料投入是奶牛养殖总投入的主要部分，一般分别占总投入的40%～50% 和15%～25%。土地资源消耗成本指奶牛养殖的占地成本，水资源消耗成本指奶牛养殖过程中所消耗的水费。奶牛养殖的主产品是牛奶，经济产出主要来源于主产品的产量。因此，以牛奶产量为期望产出。《手册》中显示奶牛养殖过程中主要排放化学需氧量、全氮、全磷、铜、锌等污染物，其中化学需氧量的排放最大，在污染物总排放量中占90% 以上，为尽量避免多个非期望产出的复杂测算所带来的结果偏差，本文以化学需氧量的排放量为非期望产出。

通过摄像头进行图像采集.摄像头与DM642的连接关系图如图2所示，DM642通过与非门与摄像头的行扫描信号接口相连，实现对FIFO写使能的控制.DM642从FIFO中提取采集到的数据图像到DM642内存中.

2.3 数据来源 各投入和期望产出指标数据来源于2016—2019 年的《中国奶业年鉴》、《全国农产品成本收益汇编》。非期望产出指标数据来源于《第一次全国污染源普查》中的《畜禽养殖业源产排污系数手册》。考虑到个别省份土地成本和水资源消耗成本数据的缺失，以及2019 年有关各项成本数据尚未出版，本研究以2015—2018 年期间除西藏、海南和江西以外的28 个省级行政区域奶牛养殖业为样本。各变量指标名称及描述性统计见表1。

表1 投入产出变量描述性统计

3 实证结果与分析

3.1 省际差异分析 根据绿色技术效率得分可以对各省奶牛养殖资源、环境和经济产出的协同发展状态类型进行划分。参考黄建欢等[21]文献，本文将各省奶牛养殖协同发展状态分为以下5 类：当效率值等于1 时，该省的奶牛养殖资源利用、环境保护和经济产出处于最佳水平，即完全协调状态。整体效率值在[0.9，1] 之间为高度协调，[0.6，0.9] 之间为中度协调，[0.3，0.6] 之间为不协调，0.3 以下为严重不协调。根据效率得分，2015—2018 年奶牛养殖有效的省份数量依次为5、4、7、8，即包括北京、河南、黑龙江、内蒙古、宁夏、青海、山西、上海和浙江，累计24 个省处于完全协调状态，累计36 个省处于不协调状态，累计37 个省处于严重不协调状态。另外，只有1 个省份处于高度协调状态，14个省处于中度协调状态，意味着我国奶牛养殖在资源、环境和经济产出协调性方面具有明显的两级分化特征。2015—2018 年期间全国奶牛养殖资源、环境和经济协同度均值为0.511，超过全国平均水平的省份有13 个。其中，排名第一的是北京，连续4 年效率值为1。说明近年来随着现代化科技饲养水平的提高，北京奶牛养殖发展机械化和集约化程度不断提高，一定程度上弥补了水资源、土地资源稀缺以及城市化建筑继续扩张的局限性，使得奶牛养殖总体上实现了资源、环境和经济的协调发展。其次是宁夏和内蒙古，分别为0.915 和0.914，在有限资源利用、粪污排放和环境治理等方面做得较好，实现了奶牛养殖资源、环境和经济高度协调。处于中度协调状态的有天津0.882、上海0.832、黑龙江0.880、河南0.862、辽宁0.668、山西0.643、陕西0.683。超过了全国平均水平的还有浙江0.590、青海0.598、河北0.565。其他15 个省份低于全国平均水平，均处于不协调和严重不协调状态。排名后三位的分别是湖南0.144、新疆0.133 和甘肃0.108。

3.2 京津冀区域差异分析 由图5 可知，全国奶牛养殖资源、环境和经济的协同发展水平虽然整体上处于不协调状态，但呈现出逐年上升趋势，说明我国奶牛养殖可持续发展能力不断增强。北京奶牛养殖资源、环境和经济连续4 年处于完全协调状态。天津奶牛养殖协同度呈现逐年下降趋势，但均高于华北区平均水平0.801 和全国平均水平0.511。河北省奶牛养殖资源、环境和经济协同状态虽逐年好转，高于全国平均水平，但整体上仍低于华北地区的平均水平。

图5 2015—2018年京津冀奶牛养殖资源、环境和经济协同度对比

3.3 京津冀奶牛养殖资源、环境和经济协同发展提升潜力分析 根据非期望SBM-DEA 模型所计算出来的效率前沿标准，对除北京之外的处于非完全协调状态的天津、河北的资源消耗及污染排放的实际值与目标值进行比较，测算各年度资源节约和污染减排潜力，如图6 和图7 所示。相比较土地成本和饲料成本而言，水资源消耗成本节约潜力比较大。2015—2018 年期间，河北水资源消耗成本、土地成本、化学需氧量减排量年均可降程度分别为58.27%、36.44%、37.36%。天津水资源消耗成本每年可降空间在0～62.91%之间，年均可降程度为36.13%；其次是饲料成本，每年可降空间在0～33.69%之间，年均可降程度为19.82%；化学需氧量的减排量年均减排潜力为2.54%。研究结果表明，相比较京津，河北省在奶牛养殖资源节约及污染排放减量方面都尚有比较大的空间。

图6 河北省奶牛养殖资源节约和污染减排潜力

图7 天津市奶牛养殖资源节约和污染减排潜力

4 奶牛养殖资源、环境和经济协同影响因素分析

4.1 模型构建和变量数据描述性统计 为进一步分析影响我国奶牛养殖资源、环境和经济协同度变化的因素，参考国内外已有研究，结合数据可得性以及自己的思考以28 个省份2015—2018 年期间的奶牛养殖资源、环境和经济协同度为被解释变量，以奶牛个体特征、非生态行为、养殖规模、环境规制、养殖技术水平为解释变量建立Tobit 回归模型表示如下：

其中，t和i分别表示年度t及省份i，Eff为奶牛养殖资源、环境和经济协同度，β为待估计参数，ε为估计误差。解释变量数据来源于2016—2019 年《中国奶业年鉴》《全国农产品成本收益汇编》《中国奶业统计资料》以及《中国环境统计年鉴》。样本变量的统计性描述见表2。

表2 变量数据的描述性统计（2015—2018 年）

1）奶牛个体特征（Yield）：由奶牛年单产水平表示，其反映了奶牛身体健康状况，对年产奶量、牛场的经济效益有一定影响，同时也是影响牛奶生产碳足迹的最敏感因素（FAO，2011）。因此奶牛单产水平可能对奶牛资源、环境和经济的协同度产生影响，有待进一步验证。

2）非生态行为（Fer）：由地区单位有效灌溉面积化肥施用量来表示，此指标可以反映出奶农的环保生态意识，化肥施用量越大，奶牛粪污资源化利用率越小，越不利于实现种养结合，提升资源利用率，减小环境污染，进而使得奶牛养殖环境效率较低[22-23]。因此，非生态行为越多，奶牛养殖资源、环境和经济协同度越低。

3）养殖规模（Scale）：由各省奶牛存栏量表示，反映了各地区奶牛养殖业的发展状况。现有文献实证研究表明，规模化养殖主体更加注重技术改进和规范管理，养牛规模对技术效率有显著的正向影响[24]。奶牛存栏量越大，饲料、水和土地资源消耗越大，产生的粪污也越多，总产奶量也会增长。养殖规模对奶牛养殖资源、环境和经济协同度产生什么样的影响，有待进一步论证。

4）环境规制（Env）：由地方财政环境污染治理投资占GDP 的比重表示，其比重越高，说明当地对环境保护越重视。现有文献中论证了环境规制对企业效率增长存在抑制或促进作用[25-26]。其对奶牛养殖资源、环境和经济协同度产生什么样的影响，有待进一步论证。

5）奶牛养殖技术水平（Tech）：由单位劳动力创造的产值来表示。奶牛养殖技术水平越高，奶牛养殖场规模化、集约化、标准化程度较高，高技术成熟度显著正向影响企业的环境效率。奶牛养殖技术水平可能对奶牛养殖资源、环境和经济融合程度的提升具有一定的促进作用。

4.2 实证结果分析 结果见表3。

表3 影响变量估计结果

1）单产对奶牛养殖资源、环境和经济协同度具有显著的正向影响，即单产越高，单位资源的产奶量越高，平均每公斤奶所分摊的资源投入和粪污排放相对较小，因而资源、环境和经济的协同度相对较高。因此，要更好地引进和吸收国内外先进的生产技术、生产工艺和设备，提高运行效率和管理水平，提高奶牛单产。

2）非生态行为的系数为负，且通过了5%的显著性检验。各省单位有效灌溉面积化肥施用量越高，奶农的环保生态意识越差，奶牛粪污资源化利用率较低，环境污染越严重，因此，非生态行为越多，奶牛养殖资源、环境和经济协同度越低。

3）奶牛养殖规模对养殖资源、环境和经济的协同发展具有负向影响，且通过了10%水平的显著性检验。反映了随着奶牛养殖存栏量的增加，产奶量会增加，但养殖密集度越大，粪污排放越集中，容易对环境造成严重污染，一定程度上导致奶牛养殖资源、环境和经济的协同度下降。

4）环境规制的系数为正，但没有通过显著性检验。说明地区环境污染治理投资对奶牛养殖粪污治理效果不明显，因而并没有在一定程度上起到促进奶牛养殖资源、环境和经济协同发展的效果。

5）奶牛养殖技术水平系数为负，但没通过显著性检验。说明奶牛养殖技术越高，产奶量和经济产出提升的幅度可能小于资源消耗和粪污减排节约的幅度，故养殖资源、环境和经济的协同状态并不一定有所改善。

5 研究结论与启示

本文运用非期望SBM-DEA 模型对2015—2018 年期间我国28 个省份奶牛养殖资源、环境和经济的协同程度进行测算，重点分析京津冀地区奶牛养殖资源、环境和经济协同状态，及其资源节约和污染减排潜力，探究了影响奶牛养殖资源、环境和经济协同状态的因素。

研究结果表明：1）2015—2018 年期间，我国各省奶牛养殖资源、环境和经济协调度呈现逐年增长的变化趋势，年均值为0.511，表明近几年政府对奶牛养殖环境规制方面的政策制定与具体实施对奶牛养殖绿色发展有很大帮助，但我国奶牛养殖资源、环境和经济协同发展的平均水平仍处于不协调状态，仍有很大提升潜力。2）我国不同省份奶牛养殖在资源、环境和经济产出协调性方面具有明显的两级分化特征。北京处于完全协调状态，宁夏和内蒙古处于高度协调状态，天津、上海、黑龙江等7 省处于中度协调状态，河北等18 省处于不协调和严重不协调状态。3）天津和河北在水资源消耗成本方面的节约潜力最大，且河北省在资源节约和污染减排方面的空间远大于天津。4）单产水平对奶牛资源、环境与经济的协同发展有显著正影响，非生态行为和养殖规模与协同度显著负相关，环境规制力度和养殖技术水平则不显著。

基于以上结论，提出以下建议：第一，天津人多地少水少的社会自然环境，不适合实行规模化和种养结合的养殖模式，需大力发展节地节水都市型奶业，通过提高奶牛单产，充分利用节约、替代、循环利用和污染治理的先进适用技术以及物联网系统，打造智慧奶业，最大化土地资源和水资源的利用效率，提高养殖效率，弥补资源不足所带来的发展瓶颈。第二，河北省要继续建立适度规模的奶牛养殖场，最大限度发挥规模效益。优化玉米和大豆的种植结构，扩大实施种养结合，且需尽快制定出适合规模化奶牛养殖场的环境治理方案，研发配套粪污处理设施设备，以缩减污染排放量，提升环境与经济的协调度。第三，在目前奶业振兴背景下，仍要进一步加大奶牛养殖场粪污处理相应政策法规的出台，建立健全奶牛养殖环境治理补贴制度，鼓励政府监管部门采用罚款和关停等约束性环境规制政策约束养殖户行为，保障养殖户对畜禽废弃物资源化利用认知和参与意愿，促进种养结合以及污染物资源化利用率的提升，进一步提高奶牛养殖绿色发展水平和可持续发展能力。第四，整合三地的比较优势资源，实现现金、人才、科技以及基础设施在京津冀区域的自由流动和共享，提高资源使用效率。例如京津地区对于超出资源环境承载力的奶牛养殖量及其配套的资金和技术逐渐向土地资源较为丰富但奶业发展尚不发达的河北省黑龙港流域转移。河北要共享京津奶业技术、污染治理等研发资源，提高奶牛养殖所需技术的吸收能力及应用效果。